催化氧化法的類型及作用機理

　催化氧化法因具備降解、不會產(chǎn)生二次污染、能耗和原材料消耗低的優(yōu)點而備受關(guān)注。近幾年來，采用催化氧化的方法處理這一類廢水的研究運用廣泛，同時也發(fā)展起了許多新工藝如濕式催化氧化法(WCO)、光催化氧化法((PCO)和電催化氧化法(ECO)等。本文將分別從催化氧化法的機理與應(yīng)用方面系統(tǒng)地介紹的研究狀況。

　　催化氧化法是對化學(xué)氧化法的改進(jìn)與，一般需要在反應(yīng)體系中加入氧化劑和催化劑，并需要提供的激發(fā)條件。按照不同的標(biāo)準(zhǔn)，催化氧化的分類也不同。根據(jù)催化劑與反應(yīng)物是否同相可分為均相催化氧化和非均相催化氧化；根據(jù)氧化劑的不同可分為臭氧催化氧化、空氣催化氧化、純氧催化氧化、雙氧水催化氧化。本文根據(jù)催化劑的因子(反應(yīng)條件)不同將催化氧化法分為濕式催化氧化法、光催化氧化法和電催化氧化法。

　　濕式催化氧化法是在傳統(tǒng)的濕式空氣氧化法(WAO)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。通過向反應(yīng)體系中加入催化劑，用雙氧水、臭氧或空氣為氧化劑，分解水體中物，由于催化劑的存在，使得氧化效率提高，在較低的濕度和壓力下反應(yīng)也可以進(jìn)行。

　　以半導(dǎo)體材料為催化劑的光催化氧化反應(yīng)在固液界面L進(jìn)行，因此，是非均相的。半導(dǎo)體催化劑的光活性源于半導(dǎo)體材料的能帶結(jié)構(gòu)，通常情況下是由一個充滿電子的低能價帶(滿帶)和一個空的導(dǎo)帶構(gòu)成，它們之間由禁帶分開。當(dāng)受到能量大于帶隙能量的光輻射時，價帶上的電子受激發(fā)躍過禁帶進(jìn)入導(dǎo)帶，同時在價帶上形成光致空穴。由于半導(dǎo)體能帶間缺少連續(xù)區(qū)域，因此，光激發(fā)產(chǎn)生的導(dǎo)帶電子和價帶空穴在復(fù)合之前有壽命(納秒級)，電子和空穴分離并遷移到表面不同位置，參加氧化還原反應(yīng)。

　　半導(dǎo)體催化材料在電場中也會有"空穴”效應(yīng)。半導(dǎo)體材料處于強度的電場時，其價帶電子也會越過禁帶進(jìn)入導(dǎo)帶，同時在價帶上形成電激空穴?？昭ň哂械姆@電子的能力，可以奪取半導(dǎo)體顆粒表面的物或溶劑中的電子發(fā)生氧化還原反應(yīng)。另一方面，施加電壓能使催化材料內(nèi)部形成電壓梯度，促使空穴與電子向相反方向移動，其復(fù)合，從而提高了催化效率。在水溶液發(fā)生的電催化氧化反應(yīng)中，水分子在半導(dǎo)體表面失去電子生成強氧化性的輕基自由基，同時半導(dǎo)體催化劑和電極產(chǎn)生的H2O2等活性氧化物質(zhì)也具有協(xié)同作用。因此，在電催化反應(yīng)體系中，存在多種產(chǎn)生強氧化因子的途徑，這樣就使催化降解的效率提高了。